TW201420706A - 加入添加劑至固定研磨網以改良cmp效能 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種結構化研磨物件,其具有:襯底,其具有相對的第一及第二主要表面;及結構化研磨層,其安置於該襯底之該第一主要表面上且緊固至該襯底之該第一主要表面。該結構化研磨層包括聚合黏合劑、分散於該黏合劑中之研磨粒子及分散於該黏合劑中之添加劑。該添加劑提供改良的化學機械平坦化(CMP)拋光效能,包括高氧化物/氮化物選擇性、高移除速率、較低氮化物損失及改良的晶圓內不均一性(WIWNU)。
Description
本發明大體上係關於具有改良之化學機械平坦化(CMP)拋光效能的固定研磨網。特定言之,本發明係關於含有可改良CMP拋光效能之添加劑的固定研磨網。
研磨物件經常用於微修整應用,諸如拋光半導體晶圓、製造微機電(MEMS)裝置、修整用於硬碟驅動之基板、拋光光纖及連接器及其類似應用。舉例而言,在製造積體電路期間,半導體晶圓典型地經歷大量處理步驟,包括沈積金屬及介電質層、圖案化該等層及蝕刻。在各處理步驟中,可能必需或需要改質或改進晶圓之曝露表面以使其準備好以便進行隨後的製造或生產步驟。表面改質處理通常用於改質沈積導體(例如金屬、半導體及/或介電材料)。表面改質處理亦典型地用於在導電材料、介電材料或組合之具有曝露區域之晶圓上產生平坦的外部曝露表面。
一種改質或改進結構化晶圓之曝露表面之方法用固定研磨物件處理晶圓表面。在使用中,固定研磨物件典型地通常在工作流體存在下與半導體晶圓表面接觸,伴以適合於改質晶圓上之材料層且提供平坦的均一晶圓表面的動作。
固定研磨物件通常具有藉由黏合劑黏合在一起且緊固至襯底之
研磨粒子的研磨層。在一種類型之固定研磨物件中,研磨層由被稱為「成形研磨複合物」之離散的凸起結構要素(例如柱狀物、脊線、角錐或截角錐)構成。此類型之固定研磨物件在此項技術中不同地以術語「紋理化固定研磨物件」或「結構化研磨物件」(下文中將使用此後一術語)而得知。研磨物件可包括分散於交聯聚合物黏合劑中之研磨粒子及至少一種非離子聚醚界面活性劑,如U.S.S.N.12/560,797(Woo等人)中所揭示。
在一個實施例中,本發明為一種結構化研磨物件,其包括:襯底,該襯底具有相對的第一及第二主要表面;及結構化研磨,其安置於上該襯底之第一主要表面上且緊固至該襯底之第一主要表面。結構化研磨層包括聚合黏合劑、分散於該黏合劑中之研磨粒子及分散於該黏合劑中之第一添加劑。該第一添加劑可為多齒酸性錯合劑,其中該多齒酸性錯合劑包含胺基酸、由胺基酸形成之二肽及其組合。結構化研磨層可包括第二添加劑。該第二添加劑包含非離子界面活性劑、矽界面活性劑、氟界面活性劑、水溶性聚合物及其組合。
該等添加劑提供改良的化學機械平坦化(CMP)拋光效能,包括高氧化物/氮化物選擇性、高移除速率、較低氮化物損失及改良的晶圓內不均一性(WIWNU)。
在另一實施例中,本發明為一種研磨工件之方法。該方法包括使結構化研磨物件之至少一部分與工件之表面接觸,且使工件或結構化研磨層中之至少一者相對於另一者移動,以研磨該工件之該表面的至少一部分。結構化研磨物件包括:襯底,其具有相對的第一及第二主要表面;及結構化研磨層,其安置於第一主要表面上且緊固至第一主要表面。結構化研磨層包括聚合黏合劑、分散於該黏合劑中之研磨粒子及分散於該黏合劑中之第一添加劑。該第一添加劑可為多齒酸性
錯合劑,其中該多齒酸性錯合劑包含胺基酸、由胺基酸形成之二肽及其組合。結構化研磨層可包括第二添加劑。該第二添加劑包含非離子界面活性劑、矽界面活性劑、氟界面活性劑、水溶性聚合物及其組合。該等添加劑提供改良的化學機械平坦化(CMP)拋光效能,包括高氧化物/氮化物選擇性、高移除速率、較低氮化物損失及改良的WIWNU。
100‧‧‧結構化研磨物件
110‧‧‧襯底
120‧‧‧研磨層
130‧‧‧成形研磨複合物
200‧‧‧拋光設備
210‧‧‧子襯墊
212‧‧‧第一窗口
220‧‧‧壓板
222‧‧‧第二窗口
231‧‧‧頂端單元
232‧‧‧環架夾盤
233‧‧‧晶圓固持器
233a‧‧‧環狀部分
237‧‧‧儲集器
238‧‧‧管道
240‧‧‧晶圓
242‧‧‧氧化物表面
250‧‧‧雷射光束
260‧‧‧工作流體
圖1為根據本發明之一個實施例之例示性結構化研磨物件的透視圖。
圖2為根據本發明之研磨晶圓表面之例示性方法的示意性側視圖。
在以下描述中,參照隨附一組圖式,該等圖式於此形成該描述之一部分且在該等圖式中藉助於圖示展示若干具體實施例。應瞭解,在不脫離本發明之範疇或精神之情況下,可涵蓋其他實施例並進行實施。因此,以下實施方式不應視為具有限制意義。
除非另有說明,否則本說明書及申請專利範圍中所使用之表示特徵大小、量及物理性質的所有數字均應理解為在所有情形下由術語「約」修飾。因此,除非有相反指示,否則前述說明書及隨附申請專利範圍中所闡述之數值參數為近似值,其可視由熟習此項技術者利用本文所揭示之教示設法獲得之所需特性而變化。以端點使用之數值範圍包括該範圍內之所有數值(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4及5)及該範圍內之任何範圍。
本發明之結構化研磨物件在研磨網自身內包括添加劑,從而允許增強對最終產物之設計控制,增強下游拋光處理之一致性,且消除對拋光或工作流體之廢棄物處理之需要。該等添加劑提供改良的化學
機械平坦化(CMP)拋光效能,包括高氧化物/氮化物選擇性、高移除速率、較低氮化物損失及改良的晶圓內不均一性(WIWNU)。
現參看圖1,結構化研磨物件100至少包括襯底110。研磨層120安置於襯底110上且包括複數個成形研磨複合物130。成形研磨複合物130包括分散於黏合劑(未圖示)中之研磨粒子(未圖示)。
襯底110可具有可撓性、剛性或介於之間。多種襯底材料適用於此目的,包括可撓性襯底及更具剛性之襯底。在一些實施例中,襯底可為至少半透明的膜。適用的半透明膜襯底包括選自聚合物膜、其經處理型式及其組合之襯底膜。例示性半透明襯底膜包括由以下物質製成之膜:聚酯(例如聚對苯二甲酸伸乙酯或聚己內酯)、共聚酯、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醯胺、聚丙烯、聚胺基甲酸酯、聚乙烯、纖維素聚合物及其摻合物與組合。在一些實施例中,襯底可包括彈性胺基甲酸酯或發泡體。
襯底厚度典型地在約20微米至約1000微米、尤其約50微米至約500微米且更尤其約60微米至約200微米之範圍內。襯底之至少一個表面可塗佈有研磨層。一般而言,襯底實質上厚度均一。若襯底厚度不夠均一,則在晶圓平坦化期間在晶圓拋光均一性方面可能出現較大可變性。
研磨層包括複數個成形研磨複合物。如本文所使用,術語「成形研磨複合物」係指包含分散於黏合劑中之研磨粒子的複數個成形體中之一者,該等成形體共同提供紋理化之三維研磨層。在一些實施例中,成形研磨複合物經「精確成形」。術語「精確成形研磨複合物」係指具有模製形狀之研磨複合物,該模製形狀實質上為用於製造其之模空腔之反向形狀。精確成形研磨複合物典型地在使用結構化研磨物件之前實質上不含突出超過研磨複合物之曝露表面的研磨粒子。
所提供之結構化研磨物件在研磨層120中可具有高重量含量之研
磨粒子。舉例而言,以重量計,研磨粒子構成研磨層之至少約50百分比;且可構成研磨層之至少約60、70、75、約80或約90重量百分比。典型地,隨著成形研磨複合物中之研磨粒子之重量百分比增加,可達成更高的移除速率。
合適研磨粒子之實例包括熔融氧化鋁、經熱處理之氧化鋁、白色熔融氧化鋁、黑色碳化矽、綠色碳化矽、二硼化鈦、碳化硼、氮化矽、碳化鎢、碳化鈦、金剛石、立方氮化硼、六角氮化硼、石榴石、熔融氧化鋁氧化鋯、基於氧化鋁之溶膠凝膠衍生的研磨粒子及其類似物。氧化鋁研磨粒子可含有金屬氧化物改質劑。基於氧化鋁之溶膠凝膠衍生的研磨粒子之實例可見於美國專利第4,314,827號、第4,623,364號、第4,744,802號、第4,770,671號及第4,881,951號中。金剛石及立方氮化硼研磨粒子可為單晶或多晶。
合適無機研磨粒子之其他實例包括二氧化矽、鐵氧化物、氧化鉻、二氧化鈰、氧化鋯、二氧化鈦、氧化錫、γ-氧化鋁及其類似物。對於含有介電質之晶圓表面(例如含有二氧化矽之表面)之平坦化而言,研磨粒子較佳具有小於8之莫氏硬度。該等粒子當恰當地併入研磨物件中時,在平坦化期間於晶圓上提供所需的切割速率及所需的表面修整。一些更硬之研磨粒子可在含有氧化物之晶圓表面上賦予非所需的粗糙表面修整,因此在選擇適當的研磨材料中應加以注意,此在熟習此項技術者之能力之內。在含有介電質之晶圓表面(例如含有二氧化矽之表面)之情況下,二氧化鈰研磨粒子為適用的。
研磨粒子可包括二氧化鈰(亦即鈰氧化物)粒子,以體積計,該等粒子具有小於約250奈米、小於約150奈米、小於約100奈米或甚至小於約50奈米之平均粒度。在一個實施例中,研磨粒子可基本上由二氧化鈰粒子組成。若用於含矽晶圓之晶圓平坦化中,則在此背景下使用之短語「基本上由...組成」意欲排除含量實質性影響結構化研磨物件
之研磨特性的其他(亦即非二氧化鈰)研磨粒子。應認識到,二氧化鈰粒子可包含較小初始二氧化鈰粒子之黏聚物及/或集聚物。舉例而言,以體積計,二氧化鈰粒子(無論以初始粒子、黏聚物、集聚物或其組合形式存在均)可具有在約1、約5、約10、約20、約30或約40奈米直至約50、約60、約70、約80、約90、約95奈米或以上範圍內之平均粒度。可採用尺寸等級如同對二氧化鈰所描述地那樣的其他奈米級研磨粒子,包括二氧化矽、氧化鋯、二氧化鈦及氧化鋁。
二氧化鈰粒子可例如以粉末、分散液或溶膠形式供應;典型地呈分散液或溶膠形式。用於獲得具有小於約250奈米之平均粒度之二氧化鈰溶膠的方法及來源在此項技術中為熟知的。適用於本發明之二氧化鈰分散液及溶膠包括例如可購自諸如Evonik Degussa Corp.(Parsippany,NJ)、Rhodia,Inc.(Cranberry,NJ)、Ferro Corporation(Independence,OH)及Umicore SA(Brussels,Belgium)之供應商的二氧化鈰溶膠及分散液。
研磨粒子可均相或非勻相地分散於聚合黏合劑中。術語「分散」係指研磨粒子遍及聚合黏合劑分佈。使二氧化鈰粒子實質上均相分散於黏合劑中典型地提高了結構化研磨物件之效能。因此,用表面改質劑處理二氧化鈰粒子對有助於其分散及/或減少聚集,且增強隨後偶合至黏合劑典型地為有用的。用於二氧化鈰之表面改質劑在此項技術中為熟知的。一種類型之表面改質劑包括羧酸(甲基)丙烯酸酯。例示性羧酸(甲基)丙烯酸酯包括(甲基)丙烯酸;順丁烯二酸、反丁烯二酸之單烷基酯;反丁烯二酸、順丁烯二酸、衣康酸、異丁烯酸、丁烯酸、檸康酸之單烷基酯;及(甲基)丙烯酸β-羧基乙酯。
在用羧酸(甲基)丙烯酸酯處理二氧化鈰粒子之一種例示性方法中,將水性介質(例如水)中之二氧化鈰粒子分散液(例如溶膠)與聚醚酸及羧酸(甲基)丙烯酸酯(以各者均足以進行表面處理且從而使二氧化
鈰粒子穩定之量)及具有比水高之沸點的水可混溶性有機溶劑組合。聚醚酸與羧酸(甲基)丙烯酸酯之比例典型地在約3:5至5:3之範圍內,不過亦可使用其他比例。適用溶劑之實例包括1-甲氧基-2-丙醇、二甲基甲醯胺及二乙二醇二甲醚。一旦組合,即藉由減壓蒸發將水實質上移除,從而產生二氧化鈰分散液,其中二氧化鈰粒子藉由締合羧酸(甲基)丙烯酸酯分子而穩定以免聚集。所得二氧化鈰分散液可典型地易於與黏合劑前驅體及可包括於黏合劑前驅體中之任何其他羧酸(甲基)丙烯酸酯組合。
在羧酸(甲基)丙烯酸酯典型地用以有助於將二氧化鈰粒子結合至黏合劑的同時,包括聚醚酸主要是為了有助於二氧化鈰粒子在黏合劑(或其前驅體組分)及/或溶劑中之分散穩定性。如本文所使用,術語「聚醚酸」係指具有共價至酸基團之聚醚片段之化合物或其鹽。例示性聚醚片段包括聚乙二醇片段、聚丙二醇片段及混合聚(乙二醇/丙二醇)片段。例示性酸基團包括-CO2H、-PO2H、-PO3H、-SO3H及其鹽。在某些實施例中,聚醚酸可具有至多12個碳原子,包括12個碳原子在內,且由下式表示:R1-(R2-O)n-X-A
其中R1表示H、具有1至6個碳原子之烷基(例如甲基乙基或丙基)或具有1至6個碳原子之烷氧基(例如甲氧基、乙氧基或丙氧基);各R2獨立地表示具有1至6個碳原子之二價伸烷基(例如伸乙基、伸丙基或伸丁基);n表示正整數(例如1、2或3);且X表示二價有機鍵聯基團或共價鍵;且A表示酸基團(例如如上文所描述)。例示性聚醚酸包括丁二酸2'-(2"-甲氧基乙氧基)乙酯(單酯)、甲氧基乙氧基乙氧基乙酸及甲氧基乙氧基乙酸。黏合劑可進一步包括包含羧酸(甲基)丙烯酸酯及聚(甲基)丙烯酸酯之組分之反應產物。如上文所論述,在使所得分散液與剩餘的黏合劑組分組合之前使至少一部分羧酸(甲基)丙烯酸酯典型
地與研磨粒子組合,但此並非必要條件。
研磨層包括分散於黏合劑中之研磨粒子。用於本發明之研磨物件之黏合劑較佳由黏合劑前驅體,典型地由有機黏合劑前驅體形成。黏合劑前驅體具有能夠充分流動以便可塗佈且隨後凝固之相。凝固可藉由固化(例如聚合及/或交聯)及/或藉由乾燥(例如使液體離開)或簡單地在冷卻後達成。前驅體可為有機溶劑型、水型或100%固體(亦即實質上不含溶劑)組合物。熱塑性及熱固性材料以及其組合均可用作黏合劑前驅體。
黏合劑前驅體較佳為可固化有機材料(亦即能夠在曝露於熱量及/或其他能量源(諸如電子束、紫外光、可見光等)後,或在添加化學催化劑、水分及其類似物後隨著時間發生聚合及/或交聯之材料)。黏合劑前驅體實例包括:胺基樹脂(例如胺基塑膠樹脂),諸如烷基化尿素-甲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂及烷基化苯并胍胺-甲醛樹脂;丙烯酸酯樹脂(包括丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯),諸如丙烯酸乙烯酯、丙烯酸化環氧樹脂、丙烯酸化胺基甲酸酯、丙烯酸化聚酯、丙烯酸化丙烯酸樹脂、丙烯酸化聚醚;乙烯醚、丙烯酸化油及丙烯酸化矽酮;醇酸樹脂,諸如胺基甲酸酯醇酸樹脂;聚酯樹脂;反應性胺基甲酸酯樹脂;酚系樹脂,諸如甲階酚醛樹脂及酚醛清漆樹脂、酚系/乳膠樹脂;環氧樹脂,諸如雙酚環氧樹脂;異氰酸酯;異氰尿酸酯;聚矽氧烷樹脂(包括烷基烷氧基矽烷樹脂);反應性乙烯基樹脂;及其類似物。樹脂可呈單體、寡聚物、聚合物或其組合形式。
在一些實施例中,使用實質上不含溶劑之黏合劑前驅體。在該種狀況下,研磨層典型地藉由使低分子量反應性材料(諸如單體及/或寡聚物)與任何其他所需的固化引發劑、固化促進劑、固化劑、分散劑、其他添加劑及/或填料及研磨粒子混合而形成。使研磨粒子分散於黏合劑前驅體中,接著固化黏合劑前驅體/研磨粒子混合物以形成
研磨層。黏合劑前驅體/研磨粒子混合物通常被稱作「漿料」。合適的黏合劑前驅體典型地呈未固化或未交聯狀態,且在環境條件下或接近環境條件下可流動。在添加研磨粒子之後,隨後典型地將黏合劑前驅體曝露於可至少部分地使黏合劑前驅體固化及/或交聯(亦即自由基聚合)之條件(典型地為能量源),從而使其轉化成能夠持留分散研磨粒子之黏合劑。例示性能量源包括:電子束、紫外輻射、可見光輻射、紅外輻射、γ輻射、熱量及其組合。
黏合劑前驅體可包括一或多種多官能(甲基)丙烯酸酯。適用的多官能(甲基)丙烯酸酯包括(但不限於)具有至少兩個(甲基)丙烯酸酯基團之單體及/或寡聚物;例如,三(甲基)丙烯酸酯及四(甲基丙烯酸酯)。例示性聚(甲基丙烯酸酯)包括:二(甲基)丙烯酸酯,例如1,3-伸丁基二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇單(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、烷氧基化脂族二(甲基)丙烯酸酯、烷氧基化環己烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、烷氧基化己二醇二(甲基)丙烯酸酯、烷氧基化新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、經己內酯改質之羥基特戊酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、環己烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(10)雙酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(3)雙酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(30)雙酚A二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(4)雙酚A二(甲基)丙烯酸酯、經羥基特戊醛改質之三羥甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(400)二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇(600)二(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三環癸烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯;三(甲基)丙烯酸酯,諸如甘油三(甲基)丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三(甲
基)丙烯酸酯、乙氧基化三(甲基)丙烯酸酯(例如乙氧基化(3)三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(6)三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(9)三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(20)三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯)、異戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化三(甲基)丙烯酸酯(例如丙氧基化(3)三(甲基)丙烯酸甘油酯、丙氧基化(5.5)三(甲基)丙烯酸甘油酯、丙氧基化(3)三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、丙氧基化(6)三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯)、三羥甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三(2-羥乙基)異氰尿酸三(甲基)丙烯酸酯;及較高官能度的含有(甲基)丙烯醯基之化合物,諸如二(三羥甲基丙烷)四(甲基)丙烯酸酯、二異戊四醇五(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化(4)異戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、異戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、經己內酯改質之二異戊四醇六(甲基)丙烯酸酯;寡聚(甲基)丙烯醯基化合物,例如聚酯(甲基)丙烯酸酯、環氧(甲基)丙烯酸酯;及其組合。該等化合物廣泛獲自例如以下的銷售商:Sartomer Co.(Exton,PA);UCB Chemicals Corporation(Smyrna,GA);及Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI)。
黏合劑前驅體可包括有效量之至少一種光引發劑;例如以約0.1、約1或約3重量百分比直至約5、約7或甚至約10重量百分比或以上之量。適用的光引發劑包括彼等被稱為適用於使(甲基)丙烯酸酯自由基光固化之光引發劑。例示性光引發劑包括安息香及其衍生物,諸如α-甲基安息香;α-苯基安息香;α-烯丙基安息香;α-苄基安息香;安息香醚,諸如二苯基乙二酮二甲基縮酮(可自Ciba Specialty Chemicals(Tarrytown,NY)以IRGACURE 651之名獲得)、安息香甲醚、安息香乙醚、安息香正丁醚;苯乙酮及其衍生物,諸如2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(可自Ciba Specialty Chemicals以DAROCUR 1173之名獲得)及1-羥基環己基苯基酮(可自Ciba Specialty Chemicals以
IRGACURE 184之名獲得);2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-嗎啉基)-1-丙酮(可自Ciba Specialty Chemicals以IRGACURE 907之名獲得);2-苄基-2-(二甲胺基)-1-[4-(4-嗎啉基)苯基]-1-丁酮(可自Ciba Specialty Chemicals以IRGACURE 369之名獲得);及苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲醯基)氧化膦(可自Ciba Specialty Chemicals,NY以IRGACURE 819之名獲得)。其他適用的光引發劑包括單及雙醯基膦(例如可自Ciba Specialty Chemicals以IRGACURE 1700、IRGACURE 1800、IRGACURE 1850及DAROCUR 4265之名獲得)。
黏合劑前驅體可包含有效量之至少一種熱引發劑;例如以約0.1、約1或約3重量百分比直至約5、約7或甚至約10重量百分比或以上之量。例示性熱自由基引發劑包括:偶氮化合物,例如2,2-偶氮-雙異丁腈、二甲基2,2'-偶氮雙(異丁酸酯)、偶氮雙(二苯基甲烷)、4,4'-偶氮雙(4-氰基戊酸)、2,2'-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈)(可自E.I.du Pont de Nemours and Co.(Wilmington,DE)以VAZO 52之名獲得);過氧化物,例如過氧化苯甲醯、過氧化異丙苯、第三丁基過氧化物、過氧化環己酮、過氧化戊二酸及過氧化二月桂醯;過氧化氫;氫過氧化物,例如第三丁基氫過氧化物及氫過氧化異丙苯;過酸,例如過氧乙酸及過苯甲酸;過硫酸鉀;及過酸酯,例如過碳酸二異丙酯。
在一些實施例中,在黏合劑前驅體中可能需要包括一或多種單乙烯系不飽和的可自由基聚合之化合物;例如,以在所得黏合劑中減小黏度及/或減小交聯密度。例示性單乙烯系不飽和的可自由基聚合之化合物包括:單(甲基)丙烯酸酯,包括(甲基)丙烯酸己酯、丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸異壬酯、(甲基)丙烯酸異冰片酯、(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸2-羥乙酯、(甲基)丙烯酸十二烷酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸正辛酯、(甲基)丙烯酸異丁酯、(甲基)
丙烯酸環己酯或(甲基)丙烯酸十八烷酯;N-乙烯基化合物,例如N-乙烯基甲醯胺、N-乙烯基吡咯啶酮或N-乙烯基己內醯胺;及其組合。
在一些實施例中,研磨層亦可包括一或多種添加劑。該等添加劑導致高氧化物/氮化物選擇性、高移除速率、較低氮化物損失及改良的WIWNU均一性。儘管不受理論束縛,但認為在典型地包括工作液體之晶圓拋光處理期間,該(等)添加劑可藉由維持在與晶圓接觸之研磨層表面處及/或藉由釋放至工作液體中,從而與所拋光之晶圓表面相互作用而積極地影響拋光處理。為有助於該(等)添加劑溶解至工作液體中,該(等)添加劑典型地具有在100至1,200公克/莫耳範圍內之分子量,不過亦可使用更高及更低分子量。添加劑在工作液體中之溶解性受溶質在溶劑中之溶解性的一般原理影響,如此項技術中所知。因為工作液體通常為水溶液,所以該(等)添加劑之化學結構優先具有至少一個極性官能基或化學特徵,以促成在水性工作液體中之溶解性。
合適添加劑之實例包括(但不限於):酸性錯合劑、非離子型界面活性劑、矽界面活性劑、氟界面活性劑及水溶性聚合物。儘管以上添加劑中之任一者均可被視為研磨層之第一或第二添加劑,但在一些實施例中,酸性錯合劑為第一添加劑。在包括酸性錯合劑作為第一添加劑之另外的實施例中,第二添加劑係選自由以下組成之群:非離子界面活性劑、矽界面活性劑、氟界面活性劑、水溶性聚合物及其組合。
典型地,將添加劑添加至黏合劑前驅體中且將其視為黏合劑前驅體混合物之一部分。在將研磨粒子添加至黏合劑前驅體混合物中,接著固化之後,將添加劑併入研磨層120中且相對應地形成成形研磨複合物130。
在一些實施例中,研磨層包括一或多種酸性錯合劑作為添加劑。合適酸性錯合劑之實例包括(但不限於)多齒酸性錯合劑。合適多
齒酸性錯合劑之實例包括(但不限於)胺基酸或由胺基酸形成之二肽中之至少一者。合適胺基酸之實例包括(但不限於):丙胺酸、脯胺酸、甘胺酸、組胺酸、離胺酸、精胺酸、鳥胺酸、半胱胺酸、酪胺酸、由兩個胺基酸形成之二肽、酸性多齒錯合劑及其組合。特定言之,合適的胺基酸包括(但不限於)L-精胺酸及L-脯胺酸。合適的市售L-精胺酸之一個實例包括(但不限於)L-精胺酸(Sigma-Aldrich Co.LLC,St.Louis,Missouri)。合適的市售L-脯胺酸之一個實例包括(但不限於)L-脯胺酸。酸性錯合劑通常以約0.1重量%與約3重量%之間的量,尤其以約0.25重量%與約2重量%之間的量,且更尤其以約0.5重量%與約1.5重量%之間的量存在。
在一些實施例中,研磨層包括一或多種非離子型界面活性劑作為添加劑。非離子界面活性劑可分散於黏合劑前驅體中。典型地,界面活性劑與黏合劑之間不存在共價化學鍵。可如更進一步所描述那樣使黏合劑前驅體交聯,以幫助將界面活性劑含在研磨層中且調節其自研磨層中之釋放。以研磨層之總重量計,存在於研磨層中之非離子界面活性劑之量可在0.75至2.2、1.0至2.2、1.3至2.2重量百分比、典型地為1.5至2.0之重量百分比範圍內。為有助於界面活性劑溶解至水性工作液體中,非離子界面活性劑典型地具有在300至1,200公克/莫耳範圍內之分子量,不過亦可使用更高及更低分子量。
在一些實施例中,非離子界面活性劑可為聚醚非離子界面活性劑。如本文所使用,術語「聚醚非離子界面活性劑」係指一或多種具有聚醚片段之非離子的(亦即不具有永久電荷的)界面活性劑,該聚醚片段典型地形成界面活性劑主鏈之至少一部分,但此並非必要條件。如界面活性劑之情況通常那樣,聚醚非離子界面活性劑不應共價結合至黏合劑。為有助於溶解至水性流體中,聚醚非離子界面活性劑典型地具有在300至1,200公克/莫耳範圍內之分子量,不過亦可使用更高及
更低分子量。
聚醚非離子型界面活性劑之實例包括聚氧化乙烯烷基醚、聚氧化乙烯烷基苯基醚、聚氧化乙烯醯基酯、聚氧化乙烯烷基胺、聚氧化乙烯烷基醯胺、聚氧化乙烯月桂基醚、聚氧化乙烯十六烷基醚、聚氧化乙烯硬脂基醚、聚氧化乙烯油烯基醚、聚氧化乙烯辛基苯基醚、聚氧化乙烯壬基苯基醚、聚乙二醇月桂酸酯、聚乙二醇硬脂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、聚乙二醇油酸酯、氧化乙烯-氧化丙烯嵌段共聚物、聚氧乙烯脫水山梨糖醇月桂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇硬脂酸酯、聚氧乙烯脫水山梨糖醇油酸酯及聚氧乙烯月桂醯胺。
適用的聚醚非離子型界面活性劑亦包括:例如高碳脂族醇與約3當量至約100當量之環氧乙烷之縮合產物(例如彼等由Dow Chemical Co.以商品名稱TERGITOL 15-S(例如TERGITOL 15-S-20)出售者;及彼等由ICI Americas(Bridgewater,NJ)以商品名稱BRIJ(例如BRIJ 58、BRIJ 76及BRIJ 97)出售者)。BRIJ 97界面活性劑為聚氧化乙烯(10)油烯基醚;BRIJ 58界面活性劑為聚氧化乙烯(20)十六烷基醚;且BRIJ 76界面活性劑為聚氧化乙烯(10)硬脂基醚。
適用的聚醚非離子型界面活性劑亦包括:例如烷基酚與約3當量至約100當量之環氧乙烷之聚氧化乙烯縮合物(例如彼等由Rhodia(Cranbury,NJ)以商品名稱IGEPAL CO及IGEPAL CA出售者)。IGEPAL CO界面活性劑包括壬基苯氧基聚(伸乙基氧基)乙醇。IGEPAL CA界面活性劑包括辛基苯氧基聚(伸乙基氧基)乙醇。適用的聚醚非離子型界面活性劑亦包括:例如環氧乙烷與環氧丙烷或環氧丁烷之嵌段共聚物(例如彼等由BASF Corp.(Mount Olive,NJ)以商品名稱PLURONIC(例如PLURONIC L10)及TETRONIC出售者)。PLURONIC界面活性劑可包括環氧丙烷聚合物、環氧乙烷聚合物及環氧乙烷-環氧丙烷嵌段共聚物。TETRONIC界面活性劑包含環氧乙烷-環氧丙烷嵌段共聚物。
在一些實施例中,聚醚非離子型界面活性劑可包括聚氧化乙烯脫水山梨糖醇脂肪酸酯(例如聚氧化乙烯脫水山梨糖醇單油酸酯),其可具有不同乙氧基化度數,例如每分子20個氧化乙烯單元(例如以TWEEN 60之名出售者)或每分子20個氧化乙烯單元(例如以TWEEN 80之名出售者)及聚氧化乙烯硬脂酸酯(例如彼等由Uniqema(New Castle,DE)以商品名稱TWEEN及MYRJ出售者)。TWEEN界面活性劑包括聚(環氧乙烷)C12-C18脫水山梨糖醇單酯。MYRJ界面活性劑包括聚(環氧乙烷)硬脂酸酯。
在一些實施例中,聚醚非離子界面活性劑為研磨期間僅有的存在於成形研磨複合物或水性流體中的界面活性劑。在某些狀況下,可能需要添加較低量之陰離子界面活性劑,諸如可自Dow Chemical Co.以TRITON H55之名獲得之陰離子磷酸聚醚酯。
非離子界面活性劑通常展現經計算(以界面活性劑分子中親水基團之重量百分比除以5計算)為至少約4、尤其至少約6、更尤其至少約8且更尤其至少約10之親水親油平衡值(亦即HLB)。所計算之HLB通常不大於20。非離子界面活性劑可宜選自直鏈一級醇乙氧基化物、二級醇乙氧基化物、支鏈二級醇乙氧基化物、辛基酚乙氧基化物、炔屬一級醇乙氧基化物、炔屬一級二醇乙氧基化物、烷二醇、羥基封端之環氧乙烷-環氧丙烷無規共聚物、含氟脂族聚合酯及其混合物。合適的市售環氧乙烷非離子型界面活性劑之實例包括(但不限於)Tergitol 15-S-7(Sigma-Aldrich Co.LLC,St.Louis,Missouri)及Titron X-100(Sigma-Aldrich Co.LLC,St.Louis,Missouri)。非離子界面活性劑酸通常以約0.1重量%與約3重量%之間的量,尤其以約0.25重量%與約2重量%之間的量,且更尤其以約0.5重量%與約1.5重量%之間的量存在。
在一些實施例中,研磨層包括一或多種矽界面活性劑作為添加劑。合適的市售矽界面活性劑之一個實例包括(但不限於)Silwet L-
7200、Silwet L-7280(Momentive Performance Material,Friendly,West Virginia)。矽界面活性劑通常以約0.1重量%與約3重量%之間的量,尤其以約0.25重量%與約2重量%之間的量,且更尤其以約0.5重量%與約1.5重量%之間的量存在。
在一些實施例中,研磨層包括一或多種氟界面活性劑作為添加劑。合適的市售氟界面活性劑之實例包括(但不限於)FC 9(3M Company,St.Paul,Minnesota)及Zonyl(Dupont,Wilmington,Delaware)。氟界面活性劑通常以約0.1重量%與約3重量%之間的量,尤其以約0.25重量%與約2重量%之間的量,且更尤其以約0.5重量%與約1.5重量%之間的量存在。
在一些實施例中,研磨層包括一或多種水溶性聚合物作為添加劑。合適的水溶性聚合物之實例包括(但不限於)聚合酸,例如聚丙烯酸及聚磷酸。水溶性聚合物通常以約0.1重量%與約3重量%之間的量,尤其以約0.25重量%與約2重量%之間的量,且更尤其以約0.5重量%與約1.5重量%之間的量存在。
可使用一或多種添加劑(酸性錯合劑、非離子型界面活性劑、矽界面活性劑、氟界面活性劑及水溶性聚合物)之組合。一種較佳組合為酸性錯合劑與非離子界面活性劑。更確切地說,包含胺基酸、由胺基酸形成之二肽及其組合之多齒酸性錯合劑與非離子界面活性劑結合使用。該胺基酸可選自由以下組成之群:丙胺酸、脯胺酸、甘胺酸、組胺酸、離胺酸、精胺酸、鳥胺酸、半胱胺酸、酪胺酸及其組合。非離子界面活性劑可為聚醚非離子界面活性劑。非離子界面活性劑可選自由以下組成之群:直鏈一級醇乙氧基化物、二級醇乙氧基化物、支鏈二級醇乙氧基化物、辛基酚乙氧基化物、炔屬一級醇乙氧基化物、炔屬一級二醇乙氧基化物、烷二醇、羥基封端之環氧乙烷-環氧丙烷無規共聚物、含氟脂族聚合酯及其混合物。
研磨層中可包括其他材料,包括抗氧化劑、著色劑、熱及光穩定劑或填充劑(該填充劑對研磨效能實質上無影響)中之一或多者。
所提供之包括成形研磨複合物之結構化研磨物件可藉由此項技術中熟知之通用方法製得。舉例而言,在一種具體化方法中,可將呈漿料形式之黏合劑前驅體及研磨粒子推入至生產工具中之補充空腔中,該等空腔具有所需成形研磨複合物之尺寸。隨後,可使半透明膜襯底與漿料及(在一些情況下)生產工具接觸。可使黏合劑前驅體至少充分固化以將成形研磨複合物自生產工具上移除。或者,可經由夾持點同時饋給生產工具、至少半透明的膜襯底及漿料。視情況,可在此階段進行進一步固化(例如熱式後固化)以進一步推進固化程度且從而改良黏合劑特性。關於形成成形研磨複合物之方法的其他細節可見於例如美國專利第5,152,917號(Pieper等人)中。
個別成形研磨複合物可具有多種幾何實體中之任一者之形狀或經不規則成形。成形研磨複合物典型地經精確成形(如上文所定義)。典型地,使成形研磨複合物形成,使得成形研磨複合物之基底,即成形研磨複合物與半透明膜襯底接觸之部分緊固至半透明膜襯底。成形研磨複合物之近端部分典型地具有與成形研磨複合物遠離基底或襯底之部分相同或更大之表面積。
精確成形研磨複合物可為任何三維形狀,該形狀在研磨層之曝露表面上產生凸起特徵或凹處中之至少一者。適用的形狀包括:例如具有遠端之立方形、稜柱形(例如六角稜柱)、角錐形(例如方狀角錐形或六角角錐形)、截角錐形、圓錐形、截頭錐形、半球形、叉形或柱形截面。複合物角錐可具有四個側面、五個側面或六個側面。亦可使用不同形狀及/或尺寸之研磨複合物之組合。結構化研磨劑之研磨層可為連續的或不連續的。可以列、同心圓、螺旋或網格方式配置成形研磨複合物,或將其隨機置放。關於具有精確成形研磨複合物之結構
化研磨劑物件之其他細節及其製造方法可見於例如美國專利第5,435,816號(Spurgeon等人)、第5,454,844號(Hibbard等人)、第5,851,247號(Stoetzel等人)及第6,139,594號(Kincaid等人)中。
形成成形研磨複合物之側面可相對於襯底垂直,相對於襯底傾斜,或隨著朝向遠端寬度減小而呈錐形。然而,若側面為錐形,則可更容易地將成形研磨複合物自模具或生產工具之空腔中移除。實質上垂直的角度較佳,因為此在複合物磨損時產生一致的標稱接觸區域。
各成形研磨複合物之高度典型地為實質上相同的,但設想單一結構化研磨劑物件中有不同高度之複合物。相對於襯底或複合物之間的接點的複合物高度通常可小於約2,000微米;例如在約10微米至約250微米範圍內。個別成形研磨複合物之基底尺寸可為約5,000微米或以下,尤其約1,000微米或以下,且更尤其小於500微米。個別成形研磨複合物之基底尺寸典型地大於約50微米,尤其大於約100微米。成形研磨複合物之基底可彼此鄰接,或可彼此分隔開一段指定距離。
相鄰的成形複合物可共有一個共同的成形研磨複合物接點或橋狀結構,該接點或橋狀結構與複合物之面對的側壁接觸且在其之間延伸。接點結構典型地具有不大於各相鄰複合物之垂直高度尺寸之約33百分比的高度。成形研磨複合物接點可由用於形成成形研磨複合物之相同漿料形成。就無介入複合物可位於繪製於複合物中心之間的假想直線的意義上而言,複合物為「相鄰的」。至少部分成形研磨複合物可彼此分隔開,以便在複合物之凸起部分之間提供凹陷區域。
成形研磨複合物之直線間距可在每直線公分約1個成形研磨複合物至每直線公分約200個成形研磨複合物範圍內。直線間距可改變,使得複合物濃度可在一個位置處大於另一位置處。舉例而言,研磨物件中心處之濃度可為最大。在一些實施例中,複合物之面積密度可在每平方公分約1個至約40,000個複合物範圍內。可使襯底之一或多個
區域曝露,亦即無接觸至少半透明的膜襯底之研磨塗層。
成形研磨複合物典型地以預定圖案佈置於襯底上,或佈置於襯底預定位置處,但此並非必要條件。舉例而言,在藉由在襯底與其中具有空腔之生產工具之間提供漿料而製成的研磨物件中,複合物之預定圖案將與生產工具上之空腔圖案相對應。圖案由此可在物件之間再現。在一個實施例中,成形研磨複合物可形成陣列或排列,其可意謂複合物係呈規則陣列,諸如對齊的列及行或交替偏離的列及行。必要時,可使一列成形研磨複合物在第二列成形研磨複合物前方直接對齊。一列成形研磨複合物可典型地偏離第二列成形研磨複合物。
在另一實施例中,成形研磨複合物可以「隨機」陣列或圖案佈置。此意謂複合物不呈如上文所描述之列及行之規則陣列。舉例而言,成形研磨複合物可以揭示於美國專利第5,672,097號及第5,681,217號(均屬於Hoopman等人)中之方式佈置。然而,應瞭解,此「隨機」陣列可為預定圖案,因為研磨物件上之複合物位置可被預定且與用於製造研磨物件之生產工具中之空腔位置相對應。
例示性生產工具包括輥、環形帶子及網,且可由合適的材料製得,例如金屬(例如在輥之情況下)或聚合物膜(例如在環形帶子及網之情況下)。
所提供之結構化研磨物件形狀通常可為圓形,例如呈研磨盤形式。研磨盤之外邊緣典型地為平滑的,或可為圓齒狀。結構化研磨物件亦可呈卵形或任何多邊形形狀(諸如三角形、正方形、長方形及其類似形狀)的形式。或者,研磨物件可呈帶狀形式。研磨物件可以輥形式提供,在研磨技術中通常稱作研磨帶滾筒。一般而言,研磨帶滾筒可在晶圓平坦化處理期間被連續指引或移動。可將研磨物件穿孔以提供穿過研磨塗層及/或襯底之開口,以在使用之前、期間及/或之後准許工作流體通過;但在有利的實施例中,結構化研磨物件實質上不
含或甚至完全不含該等穿孔。
可將研磨層塗覆至襯底之正面表面,亦即第一主要表面。在使用期間典型地可使襯底之第二主要表面,亦即襯底之與研磨層相對之側,與子襯墊接觸。在某些狀況下,結構化研磨物件可固定至子襯墊。可將附接界面層直接黏合至襯底之第二主要表面。附接界面層可用於將結構化研磨物件黏合至另一基板,例如子襯墊或壓板。附接界面層可為黏接劑、壓敏黏接劑或黏接轉移條帶(亦即雙邊條帶),其可塗覆至襯底之相對表面。亦可使用合適的機械固定裝置。合適的子襯墊揭示於例如美國專利第5,692,950及第6,007,407號(均屬於Rutherford等人)中。若使用光學偵測法,則子襯墊及上面放置有其之任何壓板,應具有至少一個經適當尺寸化之窗口(例如開口或透明插入物),以准許來自光源(例如雷射)之連續光學路徑通過壓板及子襯墊。
所提供之結構化研磨物件可用於研磨及/或拋光工件,諸如含矽晶圓(例如矽晶圓、玻璃晶圓等)或其他金屬,且包括在外表面上具有氧化物層之彼等晶圓。舉例而言,結構化研磨物件可適用於研磨及/或拋光沈積於晶圓上之介電材料及/或晶圓自身。另外,預期所提供之研磨物件可適用於研磨或拋光其他材料,諸如藍寶石或其他礦物。影響晶圓拋光速率及特徵之變量包括:例如對晶圓表面與研磨物件之間的適當接觸壓力、工作流體類型、晶圓表面與研磨物件之間的相對速度與相對運動及工作流體之流動速率的選擇。此等變量相互依賴,且典型地係基於所加工之個體晶圓表面而選擇。
可在晶圓平坦化處理之前及/或間歇地在此期間例如藉由使用襯墊調節劑(例如用固持於金屬基體中之金剛石磨料)研磨表面來調節根據本發明之結構化研磨物件。一種適用的調節劑為CMP襯墊調節劑(典型地固定於剛性底板上),物料編號CMP-20000TS,獲自Morgan Advanced Ceramics(Hayward,CA)。
一般而言,由於對單一半導體晶圓而言可存在大量處理步驟,故半導體製造行業期望該處理將提供相對較高的材料移除速率。以特定研磨物件所獲得之材料移除速率將典型地視機械條件及所處理之晶圓表面類型而變化。然而,儘管典型地需要具有較高的導體或介電材料移除速率,但可選擇導體或介電材料移除速率,使得其並不損害晶圓表面之所需的表面修整及/或表面形狀。
現參看圖2,拋光設備200用於研磨晶圓表面之一種例示性方法中。在此方法中,結構化研磨物件100接觸子襯墊210且緊固至子襯墊210,該子襯墊210又緊固至壓板220。可包含發泡體(例如聚胺基甲酸酯發泡體)或其他可壓縮材料之子襯墊210中具有第一窗口212,且壓板220中具有第二窗口222。晶圓固持器233安裝至頂端單元231,該頂端單元231連接至馬達(未圖示)。環架夾盤232自頂端單元231延伸至晶圓固持器233。晶圓固持器233幫助將晶圓240緊固至頂端單元231,且亦防止半導體晶圓在平坦化期間變位。晶圓固持器233沿晶圓240在環狀部分233a處的側面延伸。環狀部分233a(其視情況存在)可為獨立的一塊可與晶圓固持器233成整體。使晶圓240與結構化研磨物件100之研磨層120接觸,且使晶圓240及研磨層120相對於彼此移動。使用雷射光束250監視拋光/研磨之進程,該雷射光束250穿過第二窗口222、第一窗口212及結構化研磨物件100,且經反射離開晶圓240之氧化物表面242,且接著折回其路徑。視情況存在之工作流體260可用於有助於研磨處理。儲集器237固持視情況存在之工作流體260,該工作流體260經泵送穿過管道238,進入半導體晶圓與研磨層之間的界面。適用的工作流體包括,例如彼等列於美國專利第5,958,794號(Bruxvoort等人)中者。
一般而言,需要實質上不含刮痕及缺陷之晶圓表面修整。可藉由已知方法來評價晶圓之表面修整。一種方法為量測Rt值,其提供粗
糙度之量度,且可指示刮痕或其他表面缺陷。典型地修飾晶圓表面以產生不大於約0.4奈米,更典型地不大於約0.2奈米,且甚至更典型地不大於約0.05奈米之Rt值。典型地使用雷射干涉計量測Rt,諸如Wyko RST PLUS干涉計(Wyko Corp.,Tucson,AZ)或Tencor表面輪廓儀(KLA-Tencor Corp.,San Jose,CA)。亦可藉由暗場顯微術來量測刮痕偵測。可藉由原子力顯微術來量測刮痕深度。
可在工作流體存在下進行晶圓表面處理,可基於晶圓表面之組成選擇該工作流體。在一些應用中,工作流體典型地包含水。工作流體可貫穿化學機械拋光處理與研磨物件組合幫助處理。在拋光之化學部分期間,工作流體可與外部或曝露晶圓表面反應。接著,在處理之機械部分期間,研磨物件可移除此反應產物。
記憶體儲存裝置及其他電子元件的目前趨勢為小型化。需要能拋光具有極小特徵之晶圓但不會產生缺陷之研磨物件。一些例示性裝置具有小至32nm、28nm或甚至20nm的特徵。為了拋光此等晶圓,研磨物件能夠以相對較高之速率產生具有極少缺陷之平滑表面為至關重要的。另外,在拋光之後,直徑可為100mm或以上之晶圓需要有著具有極小表面凹陷之均一輪廓。已意外地發現,包括具有酸性錯合劑及視情況存在之分散於其中之非離子界面活性劑之研磨層的結構化研磨物件可以低缺陷、低氮化物移除速率及良好WIWNU,以超過500Å/min之速率將材料自熱氧化物晶圓上移除。
藉由以下非限制性實例進一步說明本發明之目標及優點,但此等實例中所列舉之特定材料及其量以及其他條件及細節不應被解釋為不必要地限制本發明。
更特定言之,在以下實例中描述本發明,但僅欲將該等實例視作例證,因為在本發明範疇之內的大量修改及變化對熟習此項技術者
而言將為顯而易見的。除非另外說明,否則以下實例中所報告之所有份數、百分比及比率均以重量計。
使用CMP拋光器,使用固定研磨網拋光300mm直徑的熱氧化矽,及PECVD氮化矽毯覆式晶圓,以及具有MIT764測試圖案之氧化物/氮化物圖案晶圓,該CMP拋光器可自Applied Materials,Inc.(Santa Clara,CA)以商品名稱REFLEXION拋光器獲得。向網工具之拋光台之一安裝網托架,該網托架適合於在拋光工具上安裝及操作FA網。將子襯墊安裝至拋光器之壓板,該子襯墊可自3M Company,St.Paul,Minnesota以商品名稱「3M CMP FIXED ABRASIVE P7100 SUB PAD」獲得。將固定研磨網安裝在拋光器之托架組件中,使得網與安裝於壓板上之子襯墊對準且在其上方。處理條件如下:壓板速度:40rpm。
頂端速度:32rpm。
頂端壓力:夾持環4.2psi,區域1 3.4psi,區域2 1.9psi,區域3 2.0psi,區域4 2.0psi,且區域5 2.0psi。
拋光時間:60秒/毯覆式晶圓及30秒/圖案晶圓。
網增量:3mm/晶圓。
拋光流體(標準):去離子水中之2.5wt% L-脯胺酸,pH為10.5。
流動速率:200ml/min。
在某些狀況下,向上文所描述之標準拋光溶液中添加添加劑,關於所使用之各種添加劑及濃度參見表1。使用氫氧化鉀將溶液pH值調節至10.5。針對300mm毯覆式氧化物晶圓量測氧化物移除速率及不均一性。氧化矽及氮化矽圖案晶圓上之50μm線上之平均氮化矽損失顯示於表1中。
使用NovaScan 3060橢偏儀完成毯覆式及圖案晶圓之氧化物及氮化物移除速率之量測,該NovaScan 3060橢偏儀與REFLEXION拋光器成整體且由Applied Materials供應。以25-pt直徑掃描及3mm邊緣排除
量測毯覆式氧化物及氮化物晶圓。接近50微米線/50微米空間陣列之中心線完成氮化物損失量測。在起始於晶圓中心且移動至最外晶粒之7個不同晶粒處量測圖案晶圓。用最少25個毯覆式氧化物晶圓,接著用圖案晶圓,且接著用毯覆式氮化物晶圓測試各個新的網。報告來自最後10個毯覆式氧化物之平均移除速率作為氧化物移除速率。分別自單一氮化物毯覆式晶圓及圖案晶圓獲得氮化物移除速率資料及氮化物損失資料。若使用不同拋光流體針對相同網進行額外測試,則使用相同測試順序,但僅拋光10個毯覆式氧化物晶圓且報告最後5個晶圓之氧化物移除速率平均值。
二氧化鈰分散液如下製備:向混合容器中倒入11.4045kg Ce-A,且接著緩慢添加703g 2-2-MEEAA、568g β-CEA及2.7907kg 1-M-2-Pr,同時使用經聚四氟乙烯塗佈之刀片混合。將混合物加熱至50℃且混合隔夜。隨後將混合物轉移至旋轉式蒸發器中,且在減壓下移除過量水。所得分散液二氧化鈰分散液1具有49.54百分比之固體含量。
向混合容器中添加1,243.4g二氧化鈰分散液1及18.5g D-111,且加以混合。向此混合物中添加溶解於20g 1-M-2-Pr中之3.49g 2-HEMA、8.85g SR 339、67.86g SR 351、3.81g β-CEA、14.0g L-Arg及0.42g Phth。使用經聚四氟乙烯塗佈之刀片使混合物混合30分鐘,且接著將混合物轉移至旋轉式蒸發器以移除1-M-2-Pr。移除溶劑之後,將漿料冷卻至室溫,且接著添加0.71g IRG 819、0.71g VAZO 52及0.18g HQME,接著混合兩小時,得到漿料1。
使用如美國專利第5,152,917號(Pieper等人)中所描述之微複製製
造技術形成本發明之固定研磨物件。得到寬度為30吋(76cm)之聚丙烯生產工具之輥。聚丙烯生產工具為聚丙烯膜,其具有六角柱狀空腔(125μm寬及30μm深)之六角陣列(中心上350微米),對應於10百分比空腔區域。生產工具基本上為最終結構化研磨物件中研磨複合物之所需形狀、尺寸及配置之反向。使用壓延輥及夾壓輥(1,300磅(5.78kN)之夾持力)將漿料1塗佈於生產工具之空腔與襯底1之間,且接著以10呎/分鐘(3.0m/min)之線速度及6.0千瓦/吋(15.2kW/cm)之總曝露量使其穿過具有UV光源(V型燈泡,Model EPIQ,獲自Fusion UV Systems,Inc.,Gaithersburg,Maryland)之UV固化台。將聚丙烯工具與襯底1分離,產生具有精確成形研磨複合物之固化研磨層,黏附於襯底1,固定研磨網1,亦即實例1。用實例1拋光之晶圓之拋光結果顯示於表1中。
向混合容器中添加969.6g Ce-A及9.8g D-111且加以混合。向此混合物中添加溶解於20g 1-M-2-Pr中之4.49g 2-HEMA、11.37g SR 339、87.24g SR 351、3.0公克L-Arg、6.0g T-15-7-S及0.54g Phth。使用經聚四氟乙烯塗佈之刀片使混合物混合30分鐘,且接著將混合物轉移至旋轉式蒸發器以移除1-M-2-Pr。移除溶劑之後,將漿料冷卻至室溫,且接著添加0.99g IRG 819、0.99g VAZO 52及0.25g HQME,接著混合兩小時,得到漿料2。
使用與實例1中所述相同之程序製造固定研磨網,只是使用漿料2代替漿料1。所得固定研磨料經指定為固定研磨網2,亦即實例2。用實例2拋光之晶圓之拋光結果顯示於表1中。
向混合容器中添加1,253.8g二氧化鈰分散液1及18.5g D-111,且加以混合。向此混合物中添加溶解於20g 1-M-2-Pr中之3.49g 2-HEMA、8.85g SR 339、67.86g SR 351、3.81g β-CEA、70g 50/50比率之水/1_M-2-Pr中之20%L-脯胺酸溶液及0.42g Phth。使用經聚四氟乙烯塗佈之刀片使混合物混合30分鐘,且接著將混合物轉移至旋轉式蒸發器以移除1-M-2-Pr。移除溶劑之後,將漿料冷卻至室溫,且接著添加0.74g IRG 819、0.74g VAZO 52及0.185g HQME,接著混合兩小時,得到漿料3。
使用與實例1中所述相同之程序製造固定研磨網,只是使用漿料3代替漿料1。所得固定研磨料經指定為固定研磨網3,亦即實例3。用實例3拋光之晶圓之拋光結果顯示於表1中。
向混合容器中添加1,243.4g二氧化鈰分散液1及18.5g D-111,且加以混合。向此混合物中添加溶解於20g 1-M-2-Pr中之3.48g 2-HEMA、8.85g SR 339、67.86g SR 351、3.81公克β-CEA及0.42公克Phth。使用經聚四氟乙烯塗佈之刀片使混合物混合30分鐘,且接著將混合物轉移至旋轉式蒸發器以移除1-M-2-Pr。將漿料冷卻至室溫,且接著添加0.74g IRG 81、0.74g VAZO 52及0.18g HQME,接著混合兩小時,得到漿料4。
使用與實例1中所述相同之程序製造固定研磨網,只是使用漿料4代替漿料1。所得固定研磨料經指定為比較固定研磨網4,亦即比較實例4。用比較實例4拋光之晶圓之拋光結果顯示於表1中。應注意,
實例1及實例3之一般組成,亦即在無所指示之變化之情況下,與比較實例4之組成相當。
向混合容器中添加825.3g CE-A、295.9g 1-M-2-Pr及8.2g D-111,且加以混合。向此混合物中添加溶解於20g 1-M-2-Pr中之3.64g 2-HEMA、8.78g SR 339、68.34g SR 351、8.24公克β-CEA及0.45g Phth。使用經聚四氟乙烯塗佈之刀片使混合物混合30分鐘,且接著將混合物轉移至旋轉式蒸發器以移除1-M-2-Pr及水。移除溶劑之後,將漿料冷卻至室溫,且接著添加0.80g IRG 819、0.80g VAZO 52及0.44g HQME,接著混合兩小時,得到漿料5。
使用與實例1中所述相同之程序製造固定研磨網,只是使用漿料5代替漿料1。所得固定研磨料經指定為比較固定研磨網5,亦即比較實例5。用實例5拋光之晶圓之拋光結果顯示於表1中。應注意,實例2之一般組成,亦即在無所指示之變化之情況下,與比較實例5之組成相當。
檢查表1之資料,使用本發明之研磨物件可意外地獲得低氮化物
損失值。
在不脫離本發明之範疇及精神的情況下,本發明之多種修改及變化對熟習此項技術者而言將變得顯而易見。應瞭解,本發明並不意欲不適當地受限於本文所闡明之說明性實施例及實例,且此等實例及實施例僅藉由實例而呈現,且本發明之範疇意欲僅受限於本文如下闡明之申請專利範圍。本發明中引用之所有參考文獻以全文引用的方式併入本文中。
100‧‧‧結構化研磨物件
110‧‧‧襯底
120‧‧‧研磨層
130‧‧‧成形研磨複合物
Claims (23)
- 一種結構化研磨物件,其包含:襯底,其具有相對的第一及第二主要表面;結構化研磨層,其安置於該第一主要表面上且緊固至該第一主要表面,其中該結構化研磨層包含:聚合黏合劑;分散於該黏合劑中之研磨粒子;及分散於該黏合劑中之第一添加劑,其中該第一添加劑為多齒酸性錯合劑,其中該多齒酸性錯合劑包含胺基酸、由胺基酸形成之二肽及其組合。
- 如請求項1之結構化研磨物件,其中該胺基酸係選自由以下組成之群:丙胺酸、脯胺酸、甘胺酸、組胺酸、離胺酸、精胺酸、鳥胺酸、半胱胺酸、酪胺酸及其組合。
- 如請求項2之結構化研磨物件,其中該胺基酸為L-脯胺酸、L-精胺酸及其組合中之一者。
- 如請求項1之結構化研磨物件,其中該酸性錯合劑構成該結構化研磨層之約0.1至3.0重量%。
- 如請求項1之結構化研磨物件,其中該研磨層進一步包含第二添加劑,其中該第二添加劑係選自由以下組成之群:非離子界面活性劑、矽界面活性劑、氟界面活性劑、水溶性聚合物及其組合。
- 如請求項5之結構化研磨物件,其中該第二添加劑為非離子界面活性劑。
- 如請求項6之結構化研磨物件,其中該非離子界面活性劑為聚醚 非離子界面活性劑。
- 如請求項6之結構化研磨物件,其中該非離子界面活性劑構成該結構化研磨層之約0.1至3.0重量%。
- 如請求項6之結構化研磨物件,其中該非離子界面活性劑係選自由以下組成之群:直鏈一級醇乙氧基化物、二級醇乙氧基化物、支鏈二級醇乙氧基化物、辛基酚乙氧基化物、炔屬一級醇乙氧基化物、炔屬一級二醇乙氧基化物、烷二醇、羥基封端之環氧乙烷-環氧丙烷無規共聚物、含氟脂族聚合酯及其組合。
- 如請求項6之結構化研磨物件,其中該非離子界面活性劑具有約4及20之親水親油平衡值。
- 如請求項6之結構化研磨物件,其中該非離子界面活性劑具有至少約10之親水親油平衡值。
- 如請求項1之結構化研磨物件,其中該聚合黏合劑包含丙烯酸系聚合物。
- 如請求項1之結構化研磨物件,其進一步包含直接黏合至該第二主要表面之附接界面層。
- 一種研磨工件之方法,其包含:使結構化研磨物件之至少一部分與工件之表面接觸;及使該工件或該結構化研磨層中之至少一者相對於另一者移動,以研磨該工件之該表面的至少一部分,其中該結構化研磨物件包含:襯底,其具有相對的第一及第二主要表面;及結構化研磨層,其安置於該第一主要表面上且緊固至該第一主要表面,其中該結構化研磨層包含:聚合黏合劑; 分散於該黏合劑中之研磨粒子;及分散於該黏合劑中之第一添加劑,其中該第一添加劑為多齒酸性錯合劑,其中該多齒酸性錯合劑包含胺基酸、由胺基酸形成之二肽及其組合。
- 如請求項14之方法,其中該工件包含含有介電質之晶圓表面。
- 如請求項14之方法,其中該酸性錯合劑構成該結構化研磨層之約0.1重量%及3重量%。
- 如請求項14之方法,其中該胺基酸係選自由以下組成之群:丙胺酸、脯胺酸、甘胺酸、組胺酸、離胺酸、精胺酸、鳥胺酸、半胱胺酸、酪胺酸及其組合。
- 如請求項14之方法,其中該研磨層進一步包含第二添加劑,其中該第二添加劑係選自由以下組成之群:非離子界面活性劑、矽界面活性劑、氟界面活性劑、水溶性聚合物及其組合。
- 如請求項18之方法,其中該第二添加劑為非離子界面活性劑。
- 如請求項19之方法,其中該非離子界面活性劑為聚醚非離子界面活性劑。
- 如請求項19之方法,其中該非離子界面活性劑係選自由以下組成之群:直鏈一級醇乙氧基化物、二級醇乙氧基化物、支鏈二級醇乙氧基化物、辛基酚乙氧基化物、炔屬一級醇乙氧基化物、炔屬一級二醇乙氧基化物、烷二醇、羥基封端之環氧乙烷-環氧丙烷無規共聚物、含氟脂族聚合酯及其混合物。
- 如請求項19之方法,其中該非離子界面活性劑構成該結構化研磨層之約0.1至3.0重量%。
- 如請求項19之方法,其中該非離子界面活性劑具有約4與20之間的親水親油平衡值。
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